3.2.Инструменты и информационный фонд триз

3.2.1.Типовые приёмы

На основе анализа больших массивов патентной информации (свыше 40 тысяч изобретений высокого уровня) выделялись сильные приёмы, эффективно срабатывавшие не менее, чем в 80–100 изобретениях. Так было выявлено 40 типовых приёмов устранения технических противоречий, которые приводятся ниже.

1. Принцип дробления: разделить объект на независимые части; выполнить объект разборным; увеличить степень дробления объекта.

Пример. Светящиеся буквы и знаки для автострад изготавливали из газосветных стеклянных трубок. Потом было предложено делать их из множества стеклянных шариков, хорошо отражающих и рассеивающих свет фар, а потом – из мельчайшей стеклянной пыли, напыляемой по трафарету.

2. Принцип вынесения. Отделить от объекта мешающую часть (мешающее свойство) или, наоборот, выделить единственно нужную часть (нужное свойство). В отличие от предыдущего приема, состоящего в делении объекта на одинаковые части, здесь имеется в виду разделение объекта на разные части.

Пример. Устройство для освещения открытых пространств, содержащее мощные световые источники и отражатель рассеивающего типа, в котором для упрощения конструкции световые источники расположены на освещаемой поверхности, а отражатель помещен на нижней поверхности аэростата (т.е. поднимают не все осветительное устройство, а только отражатель).

3. Принцип местного качества: перейти от однородной структуры объекта (или внешней среды, внешнего воздействия) к неоднородной; разные части объекта должны иметь (выполнять) различные функции; каждая часть объекта должна находиться в условиях, наиболее благоприятных для ее работы.

Пример. Для уменьшения образования трещиноватых зерен рис перед сушкой разделяют по крупности на фракции, которые сушат раздельно с дифференцированными режимами.

4. Принцип асимметрии: перейти от симметричной формы объекта к асимметричной; если объект асимметричен, увеличить асимметрию.

Примеры. Воронка для сыпучих материалов включает конусную часть и примыкающий к ней цилиндрический канал; для увеличения пропускной способности воронки ось цилиндрического канала смещена относительно оси конусной части на расстояние 0,35–0,5 диаметра канала. Эксцентрично расположенная щетина на вращающейся щетке работает эффективней, а для того, чтобы щетка не прыгала по обрабатываемой поверхности, диск, несущий щетину, тоже сделан эксцентрично, но со смещением в противоположную сторону.

5. Принцип объединения: объединить однородные или предназначенные для смежных операций объекты; объединить во времени однородные или смежные операции.

Примеры. Бульдозер из двух тракторов; отвал расположен между ведущим передним и ведомым задним тракторами; управление осуществляет один тракторист из ведущего трактора. Семена плодовых деревьев сажают по три в каждую ямку так, чтобы стебельки вышли пучком; через два месяца после прорастания из каждой тройки оставляют лучший, а остальные обрезают; корневые системы, оказавшиеся без наземной части, соединяют с оставленными проростками; получая от корней утроенное количество воды и питательных веществ, саженец растет очень быстро.

6. Принцип универсальности. Объект выполняет несколько разных функций, благодаря чему отпадает необходимость в других объектах.

Пример. Обычно перед операцией травления детали машин обезжиривают, на что уходит время. Изобретен раствор, выполняющий обе операции одновременно.

7. Принцип «матрёшки»: один объект размещен внутри другого, который, в свою очередь, находится внутри третьего, и т.д.; один объект проходит сквозь полости в другом объекте.

Примеры. При заправке автомобилей бензином часть его испаряется; для предотвращения потерь американские инженеры предложили использовать спаренный коаксиальный шланг: внутренний подает бензин, наружный отсасывает пары. С целью уменьшения габаритов двигателя и повышения его КПД предложено гребные винты устанавливать так, чтобы лопасти одного вращались между лопастями другого.

8. Принцип антивеса: компенсировать вес объекта соединением с другим, обладающим подъемной силой; компенсировать вес объекта взаимодействием со средой (за счет аэро- и гидродинамических сил).

Пример. Опоры тяжело нагруженных конвейерных лент часто выходят из строя. Этого можно избежать, если ленты устанавливать на поплавки, помещенные в резервуары с жидкостью.

9. Принцип предварительного антидействия: заранее придать объекту напряжения, противоположные недопустимым или нежелательным рабочим напряжениям; если по условиям задачи необходимо совершить какое-то действие, надо заранее совершить антидействие.

Примеры. Стальная пружина будет прочнее, если заготовку предварительно растянуть, скрутить, снова растянуть и лишь после того навить. Для предотвращения возникновения вибраций при резании металла чашечный резец предварительно нагружают усилиями, близкими по величине и направленными противоположно усилиям, возникающим в процессе резания.

10. Принцип предварительного действия: заранее выполнить требуемое действие (полностью или хотя бы частично); заранее расставить объекты так, чтобы они могли вступить в действие без затрат времени на доставку и с наиболее удобного места.

Пример. Чтобы быстро определить фирму, выпустившую взрывчатое вещество, в США предложили использовать метки из ферромагнитных материалов. Состав меток отличается по температуре достижения точки Кюри. Теперь после взрыва легко можно определить, откуда взята взрывчатка.

11. Принцип «заранее подложенной подушки». Компенсировать относительно невысокую надежность объекта заранее подготовленными аварийными средствами.

Примеры. Чтобы замерзшая вода не разорвала каток, предложено в ёмкость предварительно поместить на стержне цилиндрик из эластичного пеноматериала с ячейками, заполненными газом; объем газа должен быть больше прироста объема воды при ее замерзании. Таблетку снотворного окружают сначала слоем вещества, замедляющего растворение, а затем слоем рвотного средства; если проглотить много этих таблеток, количество рвотного средства достигнет критической массы и таблетки будут выброшены из желудка. Система защиты от воровства содержит фальшивую пачку денег, внутри которой помещается заряд вещества для лишения вора подвижности и указания его местоположения.

12. Принцип эквипотенциальности. Изменить условия работы так, чтобы не приходилось поднимать или опускать объект.

Пример. Одна из заповедей горных туристов – камни, бугорки лучше обходить или перешагивать, чем подниматься на них.

13. Принцип «наоборот»: вместо действия, диктуемого условиями задачи, осуществить обратное действие; сделать движущуюся часть объекта или внешней среды неподвижной, а неподвижную – движущейся; перевернуть объект «вверх ногами», вывернуть его.

Примеры. При чистовой обработке резьбовых поверхностей предложено начинать обработку резцом у дна впадины, и с каждым проходом перемещать резец к вершине. Вместо горячего клеймения животных предложено холодное при помощи инструмента, охлажденного жидким азотом; оно почти безболезненно для животного.

14. Принцип сфероидальности: перейти от прямолинейных частей к криволинейным, от плоских поверхностей к сферическим, от частей, выполненных в виде куба и параллелепипеда, к шаровым конструкциям; использовать ролики, шарики, спирали; перейти от прямолинейного движения к вращательному, использовать центробежную силу

Примеры. Для более удобного техобслуживания автомобилей взамен конвейерной линии, вытянутой в нитку, изобретена карусель. Для обеспечения возможности перемещения транспортного средства в любом направлении предложено колесо в форме шара.

15. Принцип динамичности: характеристики объекта (или внешней среды) должны меняться так, чтобы быть оптимальными на каждом этапе работы; разделить объект на части, способные перемещаться относительно друг друга; если объект в целом неподвижен, сделать его подвижным, перемещающимся.

Примеры. Изобретен бульдозерный отвал в виде упругой ленты, которая изменяет свою форму, приспосабливаясь к различным условиям эксплуатации. Предложена конструкция автомобиля, кабина которого при проезде под низким мостом опускается.

16. Принцип частичного или избыточного действия. Если трудно получить 100% требуемого эффекта, надо получить чуть меньше или чуть больше – задача при этом существенно упростится.

Примеры. Способ борьбы с градом, основанный на кристаллизации с помощью реагента (например, йодистого серебра) градового облака, в котором для резкого сокращения расхода реагента осуществляют кристаллизацию не всего объекта, а крупнокапельной (локальной) его части. Способ плазменно-дуговой резки металлов, в котором для резки «с гарантией» дугу включают на полную (избыточную) мощность.

17. Принцип перехода в другое измерение: трудности, связанные с движением (или размещением) объекта по линии, устраняются, если объект приобретает возможность перемещаться в двух измерениях (т.е. на плоскости), и, соответственно, задачи, связанные с движением (или размещением) объектов в одной плоскости, устраняются при переходе к пространству в трех измерениях; использовать многоэтажную компоновку объектов вместо одноэтажной; наклонить объект или положить его «на бок»; использовать обратную сторону данной площади; использовать оптические потоки, падающие на соседнюю площадь или на обратную сторону имеющейся площади.

Примеры. Изобретена двухэтажная пила, у которой нижние зубья разведены больше верхних; она очень чисто режет волокнистые материалы. Свойства магнитных сердечников можно значительно улучшить, если сердечник изготовлен из ферромагнитной ленты и намотан в форме ленты Мёбиуса.

18. Использование механических колебаний: привести объект в колебательное движение; если такое движение уже совершается, увеличить его частоту (вплоть до ультразвуковой); использовать резонансную частоту; применить вместо механических вибраторов пьезовибраторы; использовать ультразвуковые колебания в сочетании с электромагнитными полями.

Пример. Создан вибрационный насос для перекачки жидкостей. Возбуждая дополнительно в жидкости колебания ультразвуковой частоты, снижают межмолекулярное сцепление в потоке и трение жидкости о соприкасающуюся поверхность. Скорость перекачки возрастает.

19. Принцип периодического действия: перейти от непрерывного действия к периодическому (импульсному); если действие уже осуществляется периодически, изменить периодичность; использовать паузы между импульсами для другого действия.

Примеры. Процесс очистки электрических фильтров: на электроды фильтра подают не постоянное, а периодически меняющееся высокое напряжение – слой пыли при этом не задерживается, а падает под собственным весом. Способ стимулирования роста растений, при котором на растения воздействуют взаимно перпендикулярными импульсными воздушными потоками, подаваемыми поочередно в диаметрально противоположных направлениях.

20. Принцип непрерывности полезного действия: вести работу непрерывно (все части объекта должны все время работать с полной нагрузкой); устранить холостые и промежуточные ходы.

Примеры. Пила, использующая для распиловки бревен как прямое, так и обратное движение лесопильной рамы. Разработан плуг, на раме которого установлены левосторонний и правосторонний отвалы: пропахав ряд, нажал кнопку – рама повернулась, и двигайся обратно, паши новый ряд, земля отваливается в нужную сторону.

21. Принцип проскока. Вести процесс или отдельные его этапы (например, вредные или опасные) на большой скорости.

Пример. При повышении скорости охлаждения металла при литье или термообработке повышается его твердость, но одновременно вырастает хрупкость. При очень быстром охлаждении в металле не успевает появиться кристаллическая структура, возникает так называемое металлическое стекло, отличающееся очень высокими качествами и совсем не хрупкое.

22. Принцип «обратить вред в пользу»: использовать вредные факторы (в частности, вредное воздействие среды) для получения положительного эффекта; устранить вредный фактор за счет сложения с другими вредными факторами; усилить вредный фактор до такой степени, чтобы он перестал быть вредным.

Пример. Способ очистки отходящих газов от кислых компонентов путем абсорбции щелочными сточными водами гидрошлака – золоудалений тепловых электростанций.

23. Принцип обратной связи: ввести обратную связь; если обратная связь есть, изменить ее.

Пример. Для получения точных размеров листа при прокатке установлен датчик обратной связи. По мере изменения размера подходящего к валкам листа датчик принимает сигнал об изменении величины интенсивности излучения и дает команду электронной пушке. Чем толще металл, тем медленнее перемещается электронная пушка и тем сильнее прогревается металл.

24. Принцип «посредника»: использовать промежуточный объект, переносящий или передающий действие; на время присоединить к объекту другой (легкоудаляемый) объект.

Примеры. Соединение разнородных металлов, например меди и алюминия, осуществляют, используя промежуточные прокладки, хорошо свариваемые между собой и с данными металлами. Способ нанесения летучего ингибитора атмосферной коррозии на поверхности деталей путем их обдувки нагретым воздухом, насыщенным парами ингибитора.

25. Принцип самообслуживания: объект должен сам себя обслуживать, выполняя вспомогательные и ремонтные операции; использовать отходы (энергии, вещества).

Пример. При изготовлении древесноволокнистых плит отработанную воду подвергают радиационно-химической очистке, воду возвращают в цикл, а осадок вводят в древесноволокнистую массу.

26. Принцип копирования: вместо недоступного, сложного, дорогостоящего, неудобного или хрупкого объекта использовать его упрощенные и дешевые копии; заменить объект или систему объектов их оптическими копиями (изображениями) и использовать при этом изменение масштаба (увеличить или уменьшить копии); если используются видимые оптические копии, перейти к копиям инфракрасным или ультрафиолетовым.

Примеры. Изобретено устройство, позволяющее точно определить расположение болезненного очага в организме: система линеек, на которые нанесены рентгеноконтрастные вещества – при просвечивании пациента деления четко видны на экране. С целью экономии дефицитной сварочной проволоки для обучения сварщика предложено использовать экструдер: ученик выжимает окрашенное вещество (как пасту из тюбика) и выводит на картоне швы.

27. Дешевая недолговечность взамен дорогой долговечности. Заменить дорогой объект набором дешевых объектов, поступившись при этом некоторыми качествами (например, долговечностью).

Примеры. Изобретен барьер для ограждения опасных участков дорог, который, разрушаясь, спасает столкнувшийся с ним автомобиль: одна из балок барьера сделана легко деформируемой, она и гасит энергию соударения. Мобильное дорожное полотно прокладывается по болотам и другим труднопроходимым местам для наведения временных путей сообщения: временная дорога, расстилаемая за несколько минут, достаточно крепка, чтобы по ней прошли грузовики.

28. Замена механической схемы: заменить механическую схему оптической, акустической или «запаховой»; использовать электрические, магнитные или электромагнитные поля для взаимодействия с объектом; перейти от неподвижных полей к движущимся, от фиксированных к меняющимся во времени, от неструктурных к имеющим определенную структуру; использовать поля в сочетании с ферромагнитными частицами.

Примеры. Изобретен сигнализатор засоренности фильтра, в случае неблагополучия испускающий резкий запах. Для точного и экономного расхода семян изобретено магнитное высеивающее устройство: предварительно семена нужно превратить в драже с ферромагнитной оболочкой. Если на поверхности шлифовального круга и на детали создать одинаковые по знаку и по величине электрические потенциалы, то шлифовальный круг не будет засаливаться.

29. Использование пневмо- и гидроконструкций. Вместо твердых частей объекта использовать газообразные и жидкие: надувные и гидронаполняемые, воздушную подушку, гидростатические и гидрореактивные.

Примеры. Стальную трубу массой в несколько тонн трудно перемещать в раскаленной печной атмосфере: предложено в печи устанавливать сопла для создания мощных воздушных потоков, так что труба парит на воздушной подушке. Изобретен способ фиксирования нефтяного пятна на водной поверхности с помощью воздушного барьера: место разгрузки танкера окружают перфорированными трубами (резиновыми), погруженными в воду; компрессор нагнетает воздух; пузырьки при тихой погоде удерживают до 800 л нефти.

30. Использование гибких оболочек и тонких пленок: вместо обычных конструкций использовать гибкие оболочки и тонкие пленки; изолировать объект от внешней среды с помощью гибких оболочек и тонких пленок.

Пример. Электронагреватель выполнен в виде теплопроводящей пленки, нанесенной на поверхность изоляционной трубки, помещенной в зеркальный рефлектор в вакууме.

31. Применение пористых материалов: выполнить объект пористым или использовать дополнительные пористые элементы (вставки, покрытия и т.д.); если объект уже выполнен пористым, заполнить поры каким-то веществом.

Пример. Способ пайки изделий, в котором подъем припоя создают с помощью капиллярных сил, возникающих при погружении в ванну пакета металлических сеток с уложенными на них изделиями.

32. Принцип изменения окраски: изменить окраску объекта или внешней среды; изменить степень прозрачности объекта или внешней среды.

Пример. В солнечный день нелегко разглядеть сигнал светофора. Предложено перед фонарем светофора поставить пару стекол с пленкой жидких кристаллов между ними и двумя электродами. Жидкие кристаллы не пропускают свет и выглядят как матовая черная поверхность при потушенной лампе. Если лампа загорается, то электрическое поле переориентирует молекулы кристаллов и заслонка становится прозрачной.

33. Принцип однородности. Объекты, взаимодействующие с данным объектом, должны быть сделаны из того же материала (или близкого ему по свойствам).

Примеры. Для смазывания охлаждаемого подшипника скольжения в качестве смазывающего вещества берут тот же материал, что и материал вкладыша подшипника.

Для компенсации усадки изделий, получаемых литьем в форму, изготовленную по эталону, форму и эталон выполняют из того же материала, что и изделие.

34. Принцип отброса и регенерации частей: выполнившая свое назначение или ставшая ненужной часть объекта должна быть отброшена (растворена, испарена и т.д.) или видоизменена непосредственно в ходе работы; расходуемые части объекта должны быть восстановлены непосредственно в ходе работы.

Примеры. Пористые изделия из тугоплавких материалов получают с помощью щетки из легкоплавкого материала: на подложку с торчащей щетиной осаждают из парогазовой смеси материал изделия, а после удаления щетинок в нем остаются поры. Чтобы при резком старте ракеты не пострадали чувствительные приборы, их погружают в пенопласт, который, выполнив роль амортизатора, быстро испаряется в космосе. Вместо песка или дроби для пескоструйной обработки внутренних полостей деталей предложено использовать кусочки сухого льда: после обработки они испаряются и не засоряют механизм.

35. Изменение физико-химических параметров объекта: агрегатного состояния; концентрации или консистенции; степени гибкости; температуры.

Примеры. Способ охлаждения сварочных горелок жидкой углекислотой. Способ выравнивания поверхности сыпучего груза путем нагрева его до температуры плавления.

Наклонный ленточный конвейер, в котором для удержания груза используется его примораживание. Для повышения производительности пиления предложено нагревать деревья в зоне резания токами сверхвысокой частоты.

36. Применение фазовых переходов. Использовать явления, возникающие при фазовых переходах, например изменение объема, выделение или поглощение тепла и т.д.

Примеры. Изобретен домкрат с памятью формы, поднимающий грузы пакетом плоских пластин, каждая из которых «помнит», что при нагревании ей следует изогнуться. Смазочно-охлаждающую жидкость замораживают в виде бруска и подают его в зону обработки металла.

37. Применение теплового расширения: использовать тепловое расширение (или сжатие) материалов; использовать несколько материалов с разными коэффициентами теплового расширения.

Примеры. Предложен способ получения биметаллических труб путем применения металлов, резко увеличивающихся в объеме при нагревании; в качестве расширителя используют кремний, германий, галлий и т.п. Крышу парников предложено делать из шарнирно закрепленных пустотелых труб, внутри которых находится легко расширяющаяся жидкость: при изменении температуры меняется центр тяжести труб, поэтому они сами поднимаются и опускаются.

38. Применение сильных окислителей: заменить обычный воздух обогащенным; заменить обогащенный воздух кислородом; воздействовать на воздух или кислород ионизирующим излучением; использовать озонированный кислород; заменить озонированный (или ионизированный) кислород озоном.

Примеры. Процесс получения трехокиси молибдена из вторичного сырья ведут при концентрации кислорода в потоке воздуха, равной 30–60 %. Для обеззараживания зерна в качестве окислителя используют озон. Для образования защитной пленки на поверхности куриных яиц их погружают в расплавленный парафин, а затем обрабатывают озоном: они долго сохраняются.

39. Применение инертной среды: заменить обычную среду инертной; вести процесс в вакууме.

Примеры. Для предотвращения взрыва при ремонтной сварке резервуаров остатками нефтепродуктов предложено неочищенные емкости заполнять дымом и кусками сухого льда. Изобретен способ консервирования, при котором сок замораживают и сушат под вакуумом.

40. Применение композиционных материалов. Перейти от однородных материалов к композиционным.

Примеры. Предложено вместо полива струей воды поливать поля газовоздушной смесью. Изобретён теплопроводный клей: в клей КБ-3 ввели углеродные волокна, которые и образовали токопроводящую арматуру; при склеивании деревянных деталей место склейки подогревают, пропуская электрический ток. Полимерная композиция на основе эпоксидной смолы обладает повышенной износостойкостью в условиях гидродинамического и абразивного воздействия, поскольку сама более чем на 1/3 состоит из корунда и стекловолокна.